黑洞的量子隧穿辐射研究

论文摘要

本文总结了作者在黑洞量子隧穿辐射方面的三个研究工作,共分为五章。第一章是本文的绪论部分。第一节介绍了与本论文研究课题相关的黑洞背景知识,主要是黑洞的几何性质与热力学性质及黑洞的霍金辐射。第二节叙述1974年霍金发现黑洞有热辐射之后,黑洞物理学的主要进展,包括黑洞的温度,Bekenstein-Hawking熵等概念。同时也引入了信息是否丢失这一疑难问题,以及目前物理学界对这一问题的各种讨论。第三节介绍了Parikh和Wilczek的量子隧穿方案。这一方法从量子隧穿的角度研究黑洞辐射带来的信息丢失问题。这一半经典方法其主要特点是:把Hawking辐射视为量子隧穿过程,考虑了隧穿过程中能量守恒和出射粒子自引力作用,得到了黑洞的辐射不再是纯热谱的结论,并指出粒子出射过程满足量子力学中的么正性原理、支持信息守恒。从而为黑洞蒸发过程中的信息丢失问题提供了一种物理解释机制。第二章,我们讨论了在3+1维的de-Sitter时空背景下,有质量粒子在de-Sitter视界处的量子隧穿辐射。我们将有静止质量的粒子看成是德布罗意波,并且依照Parikh-Wilczek的方法,得到粒子的辐射谱。其出射谱偏离纯热谱,其谱线公式与Parikh和Wilczek得到的形式一致。第三章和第四章,我们把Parikh-Wilczek的方法推广到了出射粒子带有电荷和磁荷（双荷）的情况。通过对Maxwell方程组进行改进,我们发现可以将双荷粒子当成是一个等效电荷来处理。另处,双荷粒子一般具有静止质量,可以按照有质量的粒子的情况得出相速度。此外,我们将物质-电磁场看作为一个系统,写出了物质-电磁场系统的拉氏量,并修改对应出射粒子的轨道作用量,计算出了双荷粒子的修正谱。在第三章中,我们选取了Reissner-Nordstr（o|¨）m黑洞来研究,同时考虑了时空背景是有拓扑缺陷带有整体磁单极子的情况。第四章,讨论了Reissner-Nordstr（o|¨）m-de Sitter黑洞在事件视界处和de-Sitter视界处的量子隧穿辐射。第五章是对全文的总结和展望。我们上面对Parikh-Wilczek的方法进行的推广得到的结果都是与Parikh-Wilczek结论一致的,出射谱具有Γ～eΔS的形式,偏离纯热谱,满足幺正性原理,支持信息守恒。但是,Parikh-Wilczek的这种方法只是半经典的,并没有真正解决黑洞信息疑难这一世纪难题。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• Contents
• 第一章 绪论
• 1.1 黑洞的性质
• 1.1.1 黑洞的几何性质
• 1.1.2 黑洞的热性质
• 1.1.3 黑洞的霍金辐射
• 1.2 黑洞的信息疑难
• 1.2.1 黑洞Bekenstein-Hawking熵
• 1.2.2 黑洞的信息丢失
• 1.2.3 对黑洞信息丢失的讨论
• 1.3 黑洞量子隧穿辐射的介绍
• 第二章 3+1维de Sitter时空中有质量粒子的de Sitter量子隧穿辐射
• 2.1 Painlevé-de sitter坐标中3+1维de Sitter时空的线元
• 2.2 有质量出射粒子的径向运动方程
• 2.3 de sitter宇宙视界处的势垒隧穿几率
• 2.4 小结
• 第三章 带整体单极的Reissner-Nordstr（o|¨）m黑洞中双荷粒子的量子隧穿辐射
• 3.1 双荷场源的Maxwell方程
• 3.2 Painlevé坐标及出射粒子的径向运动方程
• 3.3 带电带磁粒子的隧穿辐射谱
• 3.4 小结
• 第四章 Reissner-Nordstr（o|¨）m-de Sitter黑洞中带电带磁粒子的量子隧穿辐射
• 4.1 场源Maxwell方程和Painlevé坐标系下黑洞的线元
• 4.2 事件视界处的隧穿几率
• 4.3 宇宙视界处的de Sitter辐射
• 4.4 小结
• 第五章 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文
• 致谢